洁净实验室净化空调通风系统的设计及调试

以上海张江高科技园区某项目的实验室为例，从对其实际运行中出现的问题分析得出一些实验室空调通风设计及调试中应注意的事项进行论述。

前言：

实验室空调通风设计的主要目的是提供安全、舒适的工作环境，减少室内空气的污染，若在实验室的空调通风系统的设计和调试中采用一般舒适性空调的传统方式则会出现问题，本文以上海张江高科某化学实验室为例，对其在实际运行中产生问题提出一些在设计和调试中应注意的事项，该工程目前已竣工交付业主正常使用1年，经回访后业主反馈运行效果良好。

工程概况：

本工程为张江某外资项目生物研发楼，由三栋主楼组成，其中两栋研发楼每栋地上6 层，建筑面积7232m2。首层建筑层高4.80m，2~6 层建筑层高4.0m。研发楼主要由实验室用房组成，另包含一些附属办公用房及车库，每栋设通风柜150 台。

通风系统的设计：

3.1 主要设计思路

（1）实验室安装独立的送排风系统，以控制实验室气流方向和压力梯度。应确保在使用实验室时气流由清洁区流向污染区，同时做到实验室有害气体经处理后排放。

（2）实验室通风柜设计数量，要求能满足实验时所要求的排风量，通风柜采用机械排风方式。由于实验室通风柜排风量很大，因此实验室送风应考虑补风。

（3）在维持一个安全舒适的室内环境的同时应尽可能减少能耗，考虑采用热回收方式。

3.2 排风方式的确定：

要保证实验人员的安全，则应保证通风柜的面风速恒定在安全范围内，国际上认同的一般标准是（0.5 ～0.1）m/s。这就需要过在通风柜的调节阀处的传感器变风量控制系统，以确保通风柜排风量达到给定的面风速。当操作人员在通风柜前有扰动行为时可实现较高的面风速（0.5m/s）；当操作人员不在时能采用较低但保证有害物不外泄的安全的面风速（0.3m/s），在确保安全、舒适的工作环境的前提下，减少排风量，实现了节能。由于大部分时间均在小流量条件下运行，系统噪音较低；通风柜变风量控制原理见图1，主要设备和性能如下：

（1）配置Phoenix 文丘里阀控制通风柜排风量，阀门特性：阀门压降在150~750Pa 范围内风量与风道静压力无关；风量控制相对精度为5%；阀门控制响应速度小于1s；风量控制误差小于依5%；阀门调节比大于16:1。

（2）调节门开度的检测配置调节门开度传感器（VSS）。

（3）每台通风柜控制配置一台监控器（FHM），监控器根据调节门开度控制通风柜排风量确保调节门任意开度下通风柜面风速恒定：有人操作时，面风速0.5m/s；无人操作时，面风速0.3m/s。监控器特性：LCD动态显示实际的面风速；对排风系统故障作出声光报警；紧急情况下，操作人员可通过控制器面板按键强制设定通风柜排风为最大。

图1：通风柜控制原理图

3.3 通风柜排风量计算：

通风柜的排风量按下式计算：

L = 3600 Av β

式中L— 通风柜排风量，m3/h；

A — 通风柜拉门面积，m2；

v— 通风柜的面风速，m/s，设定为0.5m/s；

β— 通风柜排风量修正系数。一般为1.05～1.1

3.4 实验室通风柜排风系统设计

（1）由于本工程通风柜数量多，不能每台通风柜单独设排风系统，否则风机和垂直风管太多，占地面积太大，不美观也难以布置。故与业主方协商，采用压力无关型集中变风量排风系统，即多个排风柜共用一台风机及一个排风管的方法。配置原则：将实验性质相同的实验室排风系统集中布置；对于混合后可能引起燃烧、爆炸、或形成毒性更强的有害物实验室分设排风系统；对有可能造成空气污染的排放物设有酸雾净化塔净化后排入大气，进入大气的有害物浓度保证不超过国家标准规定的限制，并通过有效的管理措施，以杜绝排放物混合后发生爆炸的可能。

（2）各实验室通风柜，通风沿竖向划分排风系统，通风管道采用垂直敷设方式接至屋顶风机。通风管道采用无机玻璃钢风管。调查与其余类似项目经验表明此实验楼150台通风柜多数时间都不会同时运行，考虑到初投资与运行费用的节省，本项目采用变频风机自控系统。由于通风柜的使用数量及柜门开启大小变化，造成管道内静压的变化，通风机由风道内的静压信号实现变频调速，从而达到节能运行。根据实验室的性质及位置，本设计将150 个通风柜划分为10 个变风量排风系统，控制方法和功能如下：

1）通风柜排风机控制配置DDC 实现控制功能；

2）每一组通风柜排风机配置一台变频器；

3）每一组通风柜排风机的主风道上配置风道静压传感器检测风道压力；

4）每一台通风柜排风机的主风道上配置气流开关，检测风机的实际起停状态；

5）风机控制包括启停控制、变频控制、风机报警；

6）DDC 控制系统根据风道压力的变化，随时调整风机的转速，确保文丘里阀正常工作；

7）DDC 控制系统根据风机气流开关状态判断排风机是否故障，以作相应的报警。

3.5 实验室通风柜补风系统：

由于实验室通风柜排风量很大，造成实验室内负压过大。实验室送风量除应满足实验室的舒适性外，同时还要考虑对排风的补充风量。设计由室外引进新风管道经过滤器送入实验室，（进实验室后加止回阀，以防止风从负压小的实验室进入负压大的实验室）。随着实验室内通风柜启动排风量增大，室外新风由负压被吸进室内，气流达到动态平衡。同时也保证实验室气流流向稳定，且始终处于负压状态，使被污染气体不进入走道。送风口设在通风柜上方，使室外风直接经通风柜排出室外，减少了房间冷热负荷。

实验室空调系统设计为风机盘管空调系统，空调送风口应远离通风柜，以免含湿量较大的夏季室外空气在室内结露。为减少能量损失，此设计根据各房间使用功能分若干系统设有全热交换器，局部排风口设于实验室内各试验台上方。

实际试运行初期遇到的问题与原因分析：

该实验室空调系统自夏天交付给业主使用以来，出现主要这样两个问题：

房间湿度有时过大，部分送风口出现了结露现象。

原因分析及解决方案如下：针对4.1的问题主要整个系统安装完毕后分包单位未对送回排风口进行仔细调试，导致大量未经处理的无组织热湿空气进入。后根据检查结果责令分包单位严格根据设计要求进行调试，重新定义了各风口风量，使无组织进入室内的风量减少，解决了结露问题。

房间的负压过大，且不同房间冷热不均。

原因分析及解决方案如下：针对4.2的问题主要是排风柜本身有多处漏风，另局部排风点分包单位为贪图简便使用软管连接而未安装风阀，导致排风量大于设计值。后根据检查结果要求供应商对排风柜进行改造，封堵住了漏风的缝隙，还在局部排风罩上加装了风量调节阀门，重新调整了风管断面风速下的排风量。

结语：

实验室通风设计及通风柜控制的安全性、可靠性，气流流向、房间压力、补风控制的稳定性，乃至整个系统的节能、环保等多方面因素都直接决定实验室通风系统设计的优劣，实验室的排风量相对舒适性空调房间要大很多，换气次数很大又要保持微负压状态还要控制室内的温湿度有一定的困难，为避免出现以上问题，应在设计阶段就对温湿度控制引起充分重视，且充分考虑漏入室内的空气对室内温湿度的影响；施工阶段应充分的监督施工单位的施工过程，施工完毕后应进行系统调整以使系统按设计要求运行。

参考文献：

通风与空调工程施工及验收规范（GB50243-2002）

采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003 ）

实验室生物安全通用要求（GB19489-2004）